JPH11258142A - プレス機械の作動油中汚染粒子分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の測定ユニットの異なる大きさの光通過
孔を利用して粒子径を測定し、測定可能な粒子径範囲を
広範囲とする作動油中汚染粒子分布測定装置を提供す
る。 【解決手段】 プレス機械の作動油通路11に複数の測定
ユニット12を備える。各測定ユニット12を、作動油通路
11と連通した測定通路22を有する測定セル21と、測定通
路22の周壁を内外に貫通し、内端面同し間に測定間隙を
おいて相対させるように配されている一対の発光側およ
び受光側棒状光伝達体24，25と、発光側光伝達体24の外
端に配置されている発光器26および受光側光伝達体25の
外端に配置されている受光器27と、受光側光伝達体25の
外端と受光器27の間に介在されかつ光通過孔を有するフ
ォトマスク28とによって構成する。各測定ユニット12の
フォトマスク28の光通過孔の大きさを測定粒子径の全範
囲のうち、特定の範囲にのみ適応させうるように全ての
測定ユニット12のフォトマスク28の光通過孔28a,28b.28
c の大きさを、段階的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プレス機械の作動
油、例えば潤滑油の汚染状態を監視するために潤滑油に
含まれている汚染粒子を、大きさ毎に測定する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に、プレス機械の作動油
通路に１つの測定ユニットが備えられ、測定ユニット
が、測定通路の周壁を内外に貫通し、内端面同し間に測
定間隙をおいて相対させるように配されている一対の発
光側および受光側棒状光伝達体と、発光側光伝達体の外
端に配置されている発光器および受光側光伝達体の外端
に配置されている受光器と、受光側光伝達体の外端と受
光器の間に介在されかつ光通過孔を有するフォトマスク
とによって構成されている装置を提案した（実開平４−
８１６９６号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記装置において、光
通過孔の大きさは、測定粒子径の大きさに対応して設定
される。

【０００４】通常、測定すべき最大粒子径と最小粒子径
の比は１０倍程度である。光通過孔を通過する光が粒子
によって遮られる光の遮断量は粒子径の２乗に比例する
ため、光通過孔の大きさに対し非常に小さい粒子につい
ては測定精度が低くなる。したがって、１つの測定ユニ
ットによる測定では測定可能な粒子径範囲が狭いという
問題点がある。

【０００５】この発明の目的は、広範囲の粒子径に対し
て測定可能なプレス機械の作動油中汚染粒子分布測定装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によるプレス機
械の作動油中汚染粒子分布測定装置は、プレス機械の作
動油通路に複数の測定ユニットが備えられ、各測定ユニ
ットが、作動油通路と連通した測定通路を有する測定セ
ルと、測定通路の周壁を内外に貫通し、内端面同し間に
測定間隙をおいて相対させるように配されている一対の
発光側および受光側棒状光伝達体と、発光側光伝達体の
外端に配置されている発光器および受光側光伝達体の外
端に配置されている受光器と、受光側光伝達体の外端と
受光器の間に介在されかつ光通過孔を有するフォトマス
クとによって構成されているおり、各測定ユニットのフ
ォトマスクの光通過孔の大きさを測定粒子径の全範囲の
うち、特定の範囲にのみ適応させうるように全ての測定
ユニットのフォトマスクの光通過孔の大きさが、段階的
に変化させられているものである。

【０００７】この発明によるプレス機械の作動油中汚染
粒子分布測定装置では、複数の測定ユニットの異なる大
きさの光通過孔を利用して粒子径を測定しているから、
測定可能な粒子径範囲を広範囲のものとすることができ
る。

【０００８】さらに、上記装置において、受光器が、測
定間隙を通過した粒子によって遮られ光通過孔を通じて
受光した光の光量に対応する信号を出力し、全ての測定
ユニットの受光器の出力信号が信号処理手段に入力さ
れ、信号処理手段が、各測定ユニット毎に、入力した出
力信号を、測定間隙、これを通過する作動油の流速およ
び光通過孔の大きさに基づいて得られる単位測定流量対
応するデータに変換し、変換したデータを、測定すべき
粒子径の全範囲から特定の範囲に対応する部分のみを抽
出し、抽出したデータを、測定すべき粒子径の全範囲に
対応しうるように繋ぎ合わせ処理をすることが好まし
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照してつぎに説明する。

【００１０】図１を参照すると、プレス機械の作動油通
路11には３つのｃｈ（チャンネル）を形成する３つの測
定ユニット12が作動油通路長さ方向に所定間隔をおいて
備えられている。測定ユニット12の出力信号は、信号処
理システム13に入力される。信号処理システム13の出力
信号は、解析・記憶・表示器14に入力される。３つの測
定ユニット12の基本的構造は同一である。

【００１１】図２に詳しく示すように、各測定ユニット
12は、測定セル21を有している。測定セル21は、アルミ
ニウムで直方体ブロック状に形成されたものであって、
ストレートな測定通路22を有している。測定通路22は、
８mmの径を有する円形横断面積をもつものであって、２
〜３ｌ／min の作動油を余裕をもって通しうる大きさで
ある。

【００１２】測定通路22の周壁には、測定通路22の軸中
心と直交する線上に位置して、一対の貫通孔23が同軸状
にあけられ、これら貫通孔23に、一対の棒状発光側光伝
達体24および受光側光伝達体25が挿入されている。そし
て、発光器26がその発光面を発光側光伝達体24の外端面
と相対されるように配置させるとともに、受光器27がそ
の受光面を受光側光伝達体25と相対させるように配置さ
れている。

【００１３】両光伝達体24，25は、円柱状ロッドレンズ
（日本板硝子製セルフォックレンズ）よりなる。両光伝
達体24，25の内端間には、１mm程度の測定間隙Ｃが存在
している。受光側の光伝達体25と受光器27の間には円板
状フォトマスク28が介在されている。

【００１４】両光伝達体24，25の周囲には保護チューブ
31，32が配されるとともに、発光器26および受光器27
は、それぞれホルダ33，34に収められ、これにより、セ
ル21、両光伝達体24，25、発光器26、受光器27およびフ
ォトマスク28が一体化されている。

【００１５】ロッドレンズは、直径１〜２mm程度のガラ
スロッドをレンズ媒質とし、ロッド中の２乗屈折率分布
によってレンズとして機能するものであって、図３に示
すように、ある一定のレンズピッチ長さＰに対して、４
種のサイズがあり、４種のサイズ毎に固有の光学特性を
示す。すなわち、図３ａに示す１Ｐ（ピッチ）のロッド
レンズ41は、入射端面上の物体の正立像を出射端面上に
そのまま結像し、図３ｂに示す３／４Ｐのロッドレンズ
42は、無限遠物体の正立像を出射端面に結像し、図３ｃ
に示す１／２Ｐのロッドレンズ43は、入射端面の物体の
倒立像を出射端面に結像し、図３ｄに示す１／４Ｐのロ
ッドレンズ44は、無限遠物体の倒立像を出射端面に結像
する。

【００１６】発光器側光伝達体24には、１／４Ｐのロッ
ドレンズが用いられ、受光器側光伝達体25には、１／２
Ｐのロッドレンズが用いられている。

【００１７】発光器26は、レーザダイオードよりなる。
受光器27は、フォトダイオードよりなる。

【００１８】３つの測定ユニット12には３種類のフォト
マスク28が備えられている。３種類のフォトマスク28
は、外形は同一であるが、異なる大きさの光通過孔28
ａ、28ｂ、28ｃを中央部に有している。３つの光通過孔
28ａ、28ｂ、28ｃの形状は、いずれも正方形であるが、
それぞれの一辺ｄ1 、ｄ2 、ｄ3 は、５０μｍ、１００
μｍ、２００μｍである。ただし、例えば２０〜６０μ
ｍを正確に計測する場合は、６０μｍと１５０μｍのフ
ォトマスクを用いるというように、フォトマスクのサイ
ズは、計測対象とする粒子径範囲により異なる。

【００１９】発光器26から発せられた光は、分散平行光
線として測定間隙Ｃを横断し、受光器27で受けられる
が、その受光面積はフォトマスク28の光通過孔28ａ、28
ｂ、28ｃ、28ｄの面積に一致する。

【００２０】図５は、測定粒子Ｐが受光面を順次遮って
いく状態を(a) 〜(f) の順に示すものであり、この状態
に対応して受光器27から出力される信号が、図６に示さ
れている。測定粒子Ｐが無い状態では受光面は光を１０
０％受けている。受光面が粒子Ｐによって遮られると、
遮られた面積に応じて受光器27の出力信号が変動する。
１つの粒子に対して、１つのパルスが出力される。パル
スの高さは、遮られた面積に比例し、遮られた面積は、
粒子径の２乗に比例する。

【００２１】３つの測定ユニット12から出力された信号
は、測定ユニット12毎に、信号処理システム13によって
処理される。

【００２２】図７は、各測定ユニット12の出力信号を処
理するための電気回路を示すブロック図である。

【００２３】発光器26からは、発生させられた光に対応
するモニタ信号が出力され、モニタ信号はサンプルホー
ルド回路51およびＡＤ変換器52を通された後、光量の変
動をウォッチングするためにＣＰＵ57へ送られる。

【００２４】受光器27からは、図８ａに示すようなパル
ス信号が出力され、これは、ロウパスフィルタ53および
ハイパスィルタ54へ送られる。

【００２５】ロウパスフィルタ53では、パルス成分を取
り去って、レベル信号に置き換えられ、ＡＤ変換器52に
通された後、ＣＰＵ57へ送られる。ＣＰＵ57では、レベ
ル信号がモニタ信号と常時比較され、レベル信号が低下
すると、光伝達体24，25が汚れまたは劣化したと判断さ
れ、光伝達体24，25の交換・点検が行われる。

【００２６】ハイパスィルタ54では、直流成分を取り去
って、１００％の光量を受けている状態をグランドレベ
ルとする零から立ち上がるパルスに置き換えられる。ハ
イパスィルタ54の出力信号が図８ｂに示されている。ハ
イパスィルタ54を通過した信号は、コンパレータ55およ
びピークディテクタ56へ送られる。コンパレータ55は、
図８ｃに示すパルスの発生確認信号を出力する。ピーク
ディテクタ56は、ＡＤ変換のためのピークホールド信号
を出力する。図９に、ピークディテクタ56の入力信号と
出力信号の関係が示されている。コンパレータ55の出力
信号はそのままＣＰＵ57へ送られ、ピークディテクタ56
の出力信号はＡＤ変換器52を通された後、ＣＰＵ57へ送
られる。ＣＰＵではパルスの高さ毎のパルス数をカウン
トする。図１０は、受光器の出力信号を処理するための
手順を示すフローチャートである。パルスが発生すると
（ステップ61）、そのピークを検出し（ステップ62）、
そのピークをホールドする（ステップ63）。この状態で
ＡＤ変換を開始する（ステップ64）、ＡＤ変換が終了す
ると（ステップ65）、ＣＰＵ57がＡＤ変換データを読出
し（ステップ66）、データの大きさ毎にカウントする
（ステップ67）。ここで、パルスの有無を確認し（ステ
ップ68）、ピークのリセットを行う（ステップ68）。ス
タートから、この手順を一定時間（一定カウント数）経
過するまで連続して行い（ステップ70）、カウント結果
をコンピュータに転送する。

【００２７】カウント結果を転送されたコンピュータで
は、図１１に示すように、横軸にパルスの高さ（粒子
径）を、縦軸にパルス数（粒子数）をとったグラフとし
て表すことのできるデータがストックされる。図１１
(a) 、(b) 、(c) は、３つのチャンネルｃｈ1 、ｃｈ2
、ｃｈ3 にそれぞれ対応する。

【００２８】ここで、測定すべき粒子径の範囲を考慮す
ると、ｃｈ1 では比較的小さい粒子径を測定した範囲Ｓ
1 が、ｃｈ2 では中間の大きさの粒子径を測定した範囲
Ｓ2が、ｃｈ3 では比較的大きい粒子径を測定した範囲
Ｓ3 がそれぞれ精度良く測定される。例えば、ｃｈ1 で
は、フォトマスク28の光通過孔28a は、５０×５０μｍ
の大きさであるから、１００μｍの大きさの粒子は測定
できず、ｃｈ3 では、フォトマスク28の光通過孔28c
は、２００×２００μｍの大きさであるから、２０μｍ
の粒子の測定精度は低い。

【００２９】図１１(a) 、(b) 、(c) に示されているも
のは、実測値である。３つのチャンネルｃｈ1 、ｃｈ2
、ｃｈ3 ではフォトマスク28の光通過孔28a 、28b 、2
8c の大きさが異なることから、測定の対象となった流
体の単位時間あたりの流量は相違している。例えば、流
体の流速が一定であるとすると、ｃｈ3 のフォトマスク
28ではｃｈ1 のフォトマスク28の４倍の粒子を計測した
ことになる。したがって、図１１(a) 、(b) 、(c) に示
されているデータをそのまま比較の対象とすることはで
きないから、これを、同一基準のもとに比較できるデー
タに変換する必要がある。

【００３０】以下に変換の仕方を説明するが、変換のた
めの演算は、コンピュータによってオンラインでソフト
ウェアで行われる。

【００３１】フォトマスクの光通過孔を通じて見た流体
の流れ方向の横断面を測定領域と呼称するものとする
と、測定領域の面積Ｌはつぎの式により求められる。

【００３２】Ｌ＝ｄ・Ｃ ここに、ｄはフォトマスクの光通過孔の流体流れ方向と
直交する側の一辺の長さ、Ｃは測定間隙である。

【００３３】つぎに、測定領域を測定時間内に通過した
測定流量をＱとすると、 Ｑ＝Ｌ・Ｖ・Ｔ として求められる。ここに、Ｖは測定領域Ｌを通過した
流体の流速、Ｔは測定時間である。

【００３４】測定基準流量をｑとすると、換算係数ｋ
は、つぎの式により求められる。

【００３５】ｋ＝ｑ／Ｑ したがって、実測値ｎに変換比ｋを乗じてやると、実測
値が同一基準のもとに比較できるデータとして変換値Ｎ
が求められる。すなわち、 Ｎ＝ｋ・ｎ となる。

【００３６】上記により変換されたデータが図１２(a)
、(b) 、(c) に示されている。図１２(a) 、(b) 、(c)
にそれぞれ示されている３つの曲線を、それぞれＡ、
Ｂ、Ｃとし、これを１つのグラフに重ね合わせると、図
１３に示す通りである。

【００３７】曲線ＡとＢは点Ｐ1 で交差しており、曲線
ＢとＣは点Ｐ2 で交差している。したがって、曲線Ａで
は点Ｐ1 より粒子径の小さい部分を採用し、曲線Ｂでは
点Ｐ1 と点Ｐ2 と間の部分を採用し、曲線Ｃでは点Ｐ2
より粒子径の大きい部分を採用すると、一連に繋がりあ
った１つの曲線が得られ、これが実際の粒子分布と一致
する。

【００３８】つぎに、粒子分布の測定例を、図１４を参
照して具体的数字を上げて一例として求めてみる。

【００３９】ステップ71では、チャンネル数、フォトマ
スクサイズｄ、測定間隙Ｃ、計測時間Ｔ、流速Ｖ、測定
基準流量ｑ等のデータが入力される。チャンネル数は、
３とする。３つのチャンネルは、ｃｈ1 、ｃｈ2 、ｃｈ
3 とする。差違符号はチャンネル１、２、３に相当す
る。３つのチャンネルのフォトマスクの光通過孔の一辺
の長さｄ1 、ｄ2 、ｄ3 を、それぞれ５０、１００、２
００μｍとする。測定間隙Ｃを１mm、流速Ｖを２００ｍ
ｍ／ｓｅｃ、測定時間Ｔを５０ｓｅｃとする。測定基準
流量ｑを、１００ｍｌ、すなわち１０００００ｍｍ3 と
する。

【００４０】ステップ72へ移行し、測定領域を測定時間
内に通過した測定流量Ｑおよび換算係数ｋを求める。

【００４１】まず、Ｌ＝ｄ・Ｃに基づいて、３つのチャ
ンネルの測定領域の面積Ｌ1 、Ｌ2、Ｌ3 を求める。

【００４２】Ｌ1 ＝０．０５×１＝０．０５ｍｍ2 Ｌ2 ＝０．１×１＝０．１ｍｍ2 Ｌ3 ＝０．２×１＝０．２ｍｍ2 ついで、Ｑ＝Ｌ・Ｖ・Ｔであるから、３つのチャンネル
の測定領域を測定時間内に通過した測定流量を求める。

【００４３】 Ｑ1 ＝０．０５×２００×５０＝５００ｍｍ3 Ｑ2 ＝０．１×２００×５０＝１０００ｍｍ3 Ｑ3 ＝０．２×２００×５０＝２０００ｍｍ3 換算係数ｋ＝ｑ／Ｑに基づいて、３つのチャンネルの換
算係数を求めると、つぎの通りである。

【００４４】ｋ1 ＝１０００００／５０＝２００ ｋ2 ＝１０００００／１００＝１００ ｋ3 ＝１０００００／２００＝５０ ステップ73へ移行して計測開始し、ステップ74ではチャ
ンネル毎に計測が行われる。ステップ74では測定結果が
データとしてまとめられる。ここでは、１０〜１５０μ
ｍの範囲に粒子が分布したとし、３つのチャンネルの測
定値ｎ1 、ｎ2、ｎ3 を表１に示す（表１において、１
０〜２５μｍの間隔で測定データが示されているが、実
際には１μｍ間隔で測定データがある）。

【００４５】ついで、ステップ75へ移行して、Ｎ＝ｋ・
ｎに基づいて、３つのチャンネルの換算値Ｎ1 、Ｎ2 、
Ｎ3 が求められる。得られた換算値Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 を
表２に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】ステップ77ではフォトマスクサイズに応じ
て特定粒径範囲の抽出が行われる。表２において、ｃｈ
1 とｃｈ2 の粒子数は、粒子径４０μｍのところで交差
しており、ｃｈ2 とｃｈ3 の粒子数は、粒子径９０μｍ
のところで交差している。ｃｈ1 から粒子径１０〜４０
μｍのデータを抽出し、ｃｈ2 から粒子径４１〜９０μ
ｍのデータを抽出し、ｃｈ3 から粒子径９１〜１５０μ
ｍのデータを抽出する。

【００４９】ステップ78では抽出したデータを１０〜１
５０μｍの範囲にわたって並べると、表３の通りとな
り、これが、実際の分布に近い粒径分布Ｎとなる。ステ
ップ79では得られた粒径分布Ｎが表示される。測定を繰
り返し行う場合、ステップ80からステップ74へ戻る。

【００５０】

【００５１】

【表３】

【００５２】上記において、チャンネルの数は任意であ
る。また、複数の測定ユニットを作動油通路の流速の異
なる場所に設置してもよいし、測定間隙を測定ユニット
毎に変更してもい。

【００５３】以上の説明からあきらかであろうが、本願
発明の特徴は、測定対象とする粒子径にあわせてフォト
マスクの大きさを容易に変更でき、さらに、測定対象と
する粒子径の範囲にあわせてチャンネル数を変更できる
点にある。

【００５４】

【発明の効果】この発明によれば、複数の測定ユニット
の異なる大きさの光通過孔を利用して粒子径を測定して
いるから、測定可能な粒子径範囲を広範囲のものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による装置の構成図である。

【図２】同装置の測定ユニットの縦断面図である。

【図３】同測定ユニットの光伝達体の説明図である。

【図４】同測定ユニットのフォトマスクの説明図であ
る。

【図５】同測定ユニットの受光器の受光面が粒子によっ
て遮られていく状態を示す説明図である。

【図６】図６の状態に対応する発光器の出力信号を示す
説明図である。

【図７】同受光器の出力信号を処理するための電気回路
を示すブロック図である。

【図８】図７のブロック図を構成する機器の出力信号説
明図である。

【図９】図７のブロック図を構成する図７の機器と別の
機器の出力信号説明図である。

【図１０】受光器の出力信号を処理する手順を示すフロ
ーチャートである。

【図１１】受光器の出力信号を処理した後の測定データ
を示す説明図である。

【図１２】図１１に示すデータを変換した後の変換デー
タを示す説明図である。

【図１３】図１２に示す変換データから所要部分を抽出
して繋ぎ合わせた実際の粒径分布を示す説明図である。

【図１４】測定手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

11 作動油通路 12 測定ユニット 21 測定セル 22 測定通路 24 光伝達体 25 光伝達体 26 発光器 27 受光器 28 フォトマスク 28a 光通過孔 28b 光通過孔 28c 光通過孔 Ｃ 測定間隙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス機械の作動油通路11に複数の測定
   ユニット12が備えられ、各測定ユニット12が、作動油通
   路11と連通した測定通路22を有する測定セル21と、測定
   通路22の周壁を内外に貫通し、内端面同し間に測定間隙
   Ｃをおいて相対させるように配されている一対の発光側
   および受光側棒状光伝達体24，25と、発光側光伝達体24
   の外端に配置されている発光器26および受光側光伝達体
   25の外端に配置されている受光器27と、受光側光伝達体
   25の外端と受光器27の間に介在されかつ光通過孔を有す
   るフォトマスク28とによって構成されているおり、各測
   定ユニット12のフォトマスク28の光通過孔の大きさを測
   定粒子径の全範囲のうち、特定の範囲にのみ適応させう
   るように全ての測定ユニット12のフォトマスク28の光通
   過孔28a,28b.28c の大きさが、段階的に変化させられて
   いるプレス機械の作動油中汚染粒子分布測定装置。
2. 【請求項２】 受光器27が、測定間隙Ｃを通過した粒子
   によって遮られ光通過孔28a,28b.28c を通じて受光した
   光の光量に対応する信号を出力し、全ての測定ユニット
   12の受光器27の出力信号が信号処理手段13に入力され、
   信号処理手段13が、各測定ユニット毎に、入力した出力
   信号を、測定間隙、これを通過する作動油の流速および
   光通過孔の大きさに基づいて得られる単位測定流量に対
   応するデータに変換し、変換したデータを、測定すべき
   粒子径の全範囲から特定の範囲に対応する部分のみを抽
   出し、抽出したデータを、測定すべき粒子径の全範囲に
   対応しうるように繋ぎ合わせ処理をする請求項１記載の
   プレス機械の作動油中汚染粒子分布測定装置。